Modernes Java mit Java 21: Leistungs- und Cloud-Vorteile

Im echten Projektalltag gibt es eine ständige Herausforderung: die optimale Nutzung aller verfügbaren Ressourcen. Einerseits soll die Performance möglichst stark sein; andererseits Infrastruktur­kosten gesenkt werden. Zusätzlich nimmt auch das Thema Nachhaltigkeit an Bedeutung zu. Wie können Sie also den richtigen Mittelweg finden? Wir werfen einen Blick auf "Reduce, Reuse, Recycle".

Ein Java‑Update bedeutet selten nur, auf dem neuesten Stand zu bleiben. Für uns war der Schritt auf Java 21 eine strategische Entscheidung mit klaren technischen Zielen im Blick. Wir wollten die Reaktionsfähigkeit verbessern, CPU‑ und Speicher­verbrauch senken und das System effizienter skalieren lassen. Gleichzeitig bot das Upgrade die Chance, die Sicherheit zu stärken und eine bessere Kompatibilität mit modernen Bibliotheken und Frameworks sicherzustellen.

In diesem Artikel führen wir Sie durch die Gründe, warum Java 21 unsere Anforderungen erfüllt, welche konkreten Vorteile wir gesehen haben und wie andere Teams vor ähnlichen Entscheidungen stehen könnten.

Java hat sich verändert und damit auch die Anforderungen

Modernes Java entwickelt sich schnell weiter. Seit Java 9 verwendet die Plattform einen 6‑Monats‑Release‑Zyklus mit Long‑Term‑Support‑(LTS)‑Versionen alle zwei Jahre. Java 21 ist die aktuelle LTS und wird bis 2029 unterstützt. Doch noch wichtiger: Die Anforderungen an moderne Applikationen haben sich verschoben:

• APIs müssen hohe Concurrency effizient bewältigen.

• Frameworks wie Spring Boot 3.3 setzen Java 17+ voraus.

• Cloud‑Deployments verlangen schnellen Start und kleinen Speicher­verbrauch.

• Sicherheitsrichtlinien verlangen regelmässige Updates der Laufzeitumgebungen.

Am Altvertrauten wie Java 11 oder sogar 17 festzuhalten mag momentan funktionieren, doch das Ökosystem entwickelt sich deutlich weiter, und zwar schnell.

Warum Java 21? Praktische Vorteile, die wir aus erster Hand gesehen haben

Java 21 ist nicht nur eine Versionsnummer; es bringt eine Reihe von Sprach- und Laufzeitfeatures, die im Alltag einen echten Unterschied machen. Einige sind Game‑Changer für Performance und Skalierbarkeit, andere sorgen einfach dafür, dass Code sauberer und wartbarer wird. Hier ein paar Highlights, die wir bei der Migration untersucht und getestet haben:

Virtuelle Threads (JEP 444 – GA) Traditionelle thread‑basierte Concurrency in Java (ein Thread pro Anfrage) ist teuer und kaum skalierbar. Mit den virtuellen Threads, die in Java 21 als stabile Funktion eingeführt wurden, verändert sich vieles. Sie ermöglichen leichte Concurrency und damit die Verarbeitung von Tausenden Tasks mit deutlich weniger Hardware­ressourcen. In Spring Boot 3.2+ lässt sich das so aktivieren: spring.threads.virtual.enabled=true. Was wir in der Praxis beobachtet haben:

1. Bessere CPU‑Auslastung und geringerer Speicher­verbrauch.

2. Verbesserte Antwort­zeiten unter hoher Last.

3. Weniger Aufwand beim Tuning von Thread‑Pools.

Strukturierte Concurrency (JEP 453 – Vorschau) Noch in der Vorschau‑Phase, bringt strukturierte Concurrency eine klarere und sichere Art, mehrere gemeinsam laufende Tasks zu verwalten. Obwohl noch nicht für den Vollbetrieb vorgesehen, zeigt es, wohin Java sich entwickelt: sicherere, wartungsfreundlichere Concurrency‑Muster.

Pattern Matching und Record‑Patterns Die Verbesserungen beim Pattern Matching reduzieren Komplexität, insbesondere beim Arbeiten mit unveränderlichen DTOs oder Value‑Objects. Sie helfen dabei, Servicelogik sauber, deklarativ und wartbar zu halten.

Sequenced Collections (JEP 431) Neue APIs, die direkten Zugriff auf das erste und letzte Element in geordneten Collections geben – ideal z. B. für Streaming‑Pipelines, Queues oder geordnete Batch‑Verarbeitung.

JVM‑Performance‑Verbesserungen insbesondere für Kafka

Unsere Applikationen setzen stark auf Apache Kafka und Apache Camel, sodass Verbesserungen auf JVM‑Ebene deutlich ins Gewicht fallen. Mit Java 21 haben wir spürbare Fortschritte erzielt: Die neuesten GC‑Algorithmen (G1 und ZGC) liefern kürzere Pausen und flüssigeren Durchsatz, während schnelleres Warm‑up und Startzeit bereits vor Betrachtung von Native Images bemerkbar sind. Das verbesserte Java Flight Recorder (JFR) liefert zudem reichhaltigere Profiling‑ und Diagnostik‑Möglichkeiten. In Kafka‑lastigen Projekten führen diese Verbesserungen zu stabilerer Consumer‑Performance unter Last, geringerer Speicherbelastung pro Instanz und reduzierten Infrastrukturanforderungen – was gleichzeitig den ökologischen Fussabdruck verringert.

Sicherheit, Kompatibilität und Bibliotheks‑Support

Eine veraltete Java‑Version zu betreiben ist nicht nur technisch nachteilig, sie stellt ein Risiko für die Sicherheit dar. Mit der aktuellsten LTS‑Version zu arbeiten sichert kritische Sicherheits­patches und bietet gleichzeitig höhere Stabilität und Performance. Ein Upgrade lohnt sich aus mehreren Gründen. Java 8 und 11 werden von Oracle Corporation nicht mehr frei unterstützt, und viele weit verbreitete Bibliotheken haben die Kompatibilität zu älteren Laufzeiten als Java 17 bereits eingestellt. Java 21 hingegen bietet langfristige Unterstützung bis 2029; eine stabile Grundlage für die kommenden Jahre.

Zudem bleibt Ihre Umgebung kompatibel mit modernen Werkzeugen, unter anderem:

• Spring Boot 3.x (Version 3.1+ benötigt Java 17; Java 21 wird für vollen Support und zukünftige Kompatibilität empfohlen – Spring Boot 3.3 beinhaltet jetzt Java 21 Baseline‑Tests).

• Frameworks wie Hibernate ORM, Micronaut, Quarkus, Apache Camel und Apache Kafka, die inzwischen primär für Java 21 optimiert und gepatcht werden.

• Entwicklungs‑Tools wie Checkstyle, SpotBugs, Mockito und Lombok, welche zunehmend Java 21‑Features adressieren.

• GraalVM Native Image, welches die Unterstützung für Java 11 eingestellt hat und voraussichtlich Java 17 auslaufen lässt, sobald Java 25 (die nächste LTS) Standard wird.

Durch das Upgrade positionieren sich Organisationen im modernen Java‑Ökosystem, bleiben sicher durch Default und reduzieren langfristig technische Schulden‑ und Betriebsrisiken.

Java 21 im Kubernetes‑Umfeld: Effizient, skalierbar, verantwortungsvoll

Für Applikationen in Kubernetes – ob Microservices, Camel‑Routen oder monolithische Architekturen – bietet Java 21 eindeutige Vorteile bei Ressourceneffizienz, Skalierbarkeit und Umweltverträglichkeit, insbesondere in Kombination mit Native‑Image‑Fähigkeiten (ein zukünftiger Beitrag wird tiefer darauf eingehen).

Generelle Vorteile von Java 21 im Kubernetes‑Umfeld Ein Upgrade auf Java 21 liefert spürbare Vorteile für containerisierte Workloads in Kubernetes‑Umgebungen. Der unmittelbarste Verbesserungs­punkt ist die Startup‑Performance. Applikationen starten schneller – Container drehen hoch und skalieren bei Bedarf mit deutlich geringerer Verzögerung. Zum Beispiel startete eine durchschnittliche Spring Boot‑Applikation, die unter Java 11 etwa 15 Sekunden benötigte, unter Java 21 in etwa 11 Sekunden – eine Verbesserung von ca. 15 % dank Just‑In‑Time (JIT) Optimierung. Auch das Speicher­management wurde deutlich aufgewertet. Die verbesserte JVM in Java 21 reduziert die Gesamtkapazität von Applikationen in Kubernetes‑Pods, sodass mehr Services auf weniger Nodes deployt werden können. In manchen Fällen haben wir bis zu 50 % weniger Heap‑Nutzung und eine 30 %‑Reduktion des Gesamt­speicher­verbrauchs beobachtet – und das ohne Wechsel des Garbage Collectors. Mit dem neuen Generational GC kann der Speicherverbrauch von 3 GB auf etwa 1,5 GB sinken. Diese Optimierungen führen zu effizienterer Ressourcen­nutzung über Cluster hinweg. Virtuelle Threads ermöglichen simultane Task‑Verarbeitung mit weniger Overhead, während Verbesserungen im Algorithmus der Speicherbereinigung Latenzen reduzieren und die Gesamteffizienz der Applikation erhöhen. In Kombination mit GraalVM Native Image geht Java 21 noch einen Schritt weiter.

• Kleinere Container‑Grössen: Native Image erzeugt kompakte Binärdateien – in unseren Tests war ein Java 17‑Image mit JIB 225 MB gross, verglichen mit nur 33,6 MB für ein Java 21 Native Image.

• Nahezu sofortiger Start: Container starten fast sofort – Startzeiten fielen von 415 Millisekunden unter Java 17 auf nur 3 Millisekunden unter Java 21 Native Image.

• Geringere Speicher­last: Native Image entfernt ungenutzte Teile der JVM und senkt den Speicherverbrauch dramatisch – von etwa 49 MB auf nur 2 MB in unseren Vergleichen.

Warum diese Vorteile zählen

In Kubernetes übersetzen sich diese Verbesserungen direkt in Kosten­effizienz und Nachhaltigkeit. Schnellere Starts und geringerer Speicherbedarf reduzieren den Bedarf an zusätzlicher Infrastruktur, senken sowohl Cloud‑Ausgaben als auch Ressour­cen­overhead. Gleichzeitig unterstützt eine leichtere, effizientere Betriebsweise einen nachhaltigeren Ansatz für Software‑Betrieb, indem Compute‑ und Energie­verbrauch minimiert werden. Kurz gesagt: Java 21 macht Kubernetes‑Applikationen reaktionsfähiger, skalierbarer und ressourcenbewusster – alles entscheidende Eigenschaften für moderne Cloud‑native Umgebungen. Java 21 in Kubernetes ermöglicht Applikationen, effizienter zu skalieren, weniger Ressourcen zu verbrauchen und schneller bereitzustehen – eine kritische Fähigkeit in ressourcen­begrenzten Umgebungen wie Kubernetes‑Clustern.

Native Image und Kubernetes: Effizienz in Cloud‑ und On‑Premise‑Umgebungen

Java 21 ist die erste vollständig unterstützte LTS‑Version für Native Image‑Kompilierung mit GraalVM und bietet bedeutende Vorteile in containerisierten Deployments – nicht nur in der Cloud, sondern auch in On‑Premise‑Umgebungen mit Kubernetes oder ähnlichen Plattformen. Mit der Fähigkeit, Anwendungen in native Ausführungs­dateien zu kompilieren, eliminiert Native Image viele der traditionellen JVM‑Laufzeit­overheads und ermöglicht hoch optimierte Cloud‑ und Cluster‑native Workloads. Einer der unmittelbarsten Vorteile: schnelleres Skalieren bei geringeren Kosten. Anwendungen, die mit Java 21 und Native Image gebaut wurden, starten nahezu sofort – das Warm‑up‑Intervall, das JVM‑basierte Dienste verzögern kann, entfällt. Da jede Instanz weniger Speicher und CPU benötigt, wird Skalierung effizienter und kostengünstiger. Teams können bei Lastspitzen aggressiv skalieren, ohne über Ressourcen­verschwendung nachdenken zu müssen – was die Resilienz und Zuverlässigkeit unter unvorhersehbarem Traffic verbessert. Native Image eignet sich auch sehr gut für Function‑as‑a‑Service (FaaS) und serverlose Architekturen. Der nahezu sofortige Start und geringe Speicherverbrauch machen Java hier wettbewerbsfähig gegenüber traditionell leichteren Sprachen. In Kombination mit Java’s ausgereiftem Tooling und Ökosystem erlaubt das Teams, schnelle, flexible und produktionsreife serverlose Applikationen zu bauen. Ein weiterer Vorteil der Native Image‑Kompilierung ist, dass sie von Haus aus schlankere, sicherere Deployments fördert. Während der Kompilierung analysiert GraalVM den gesamten Code­basis und dessen Abhängigkeiten, was Teams dazu anregt, zu prüfen und zu verfeinern, was tatsächlich inkludiert werden muss. In der Praxis fallen die meisten Bibliotheken in drei Kategorien:

• Native‑kompatible Bibliotheken: moderne Bibliotheken, die mit Native Image ohne Anpassung funktionieren.

• Teilweise kompatible Bibliotheken: solche, die kleine Anpassungen oder Metadaten­konfigurationen (z. B. reflect‑config.json, resource‑config.json oder jni‑config.json) benötigen, um Reflection oder dynamische Ressourcen zu unterstützen. Tools wie GraalVM’s Reachability Metadata und Tracing Agents vereinfachen diesen Prozess.

• Inkompatible oder unnötige Bibliotheken: Komponenten, die stark auf Laufzeit‑Bytecode‑Manipulation oder dynamisches Klassen­laden angewiesen sind und häufig ersetzt oder ausgeschlossen werden müssen.

Dieser Prozess fördert bewusstere Architektur‑Entscheidungen, oft resultierend in einfacheren, besser wartbaren Applikationen mit kleinerer Binär­datei und reduzierter Angriffs­fläche. Im Kubernetes‑Einsatz kombinieren Java 21 Native Images diese Vorteile zu einer hoch effizienten Laufzeit­umgebung: schnelleres Skalieren, geringerer Ressourcen­verbrauch und nachhaltigere Nutzung gemeinsamer Cluster‑Kapazität – egal ob in der öffentlichen Cloud, im privaten Rechenzentrum oder am Edge.

Migrationstipps, die tatsächlich helfen

Wenn Sie eine Migration auf Java 21 planen, können Ihnen die folgenden praktischen Schritte helfen, einen reibungslosen Übergang sicherzustellen. Diese Empfehlungen stammen direkt aus unserer Erfahrung mit dem Upgrade von Produktionssystemen.

• Analysieren Sie Abhängigkeiten mit jdeps Nutzen Sie dieses Werkzeug, um etwaige interne oder nicht unterstützte APIs in Ihrer Applikation zu identifizieren.

• Scannen Sie auf veraltete APIs mit jdeprscan Erkennen Sie frühzeitig APIs, die veraltet oder bald entfernt werden, um spätere Kompatibilitäts­probleme zu vermeiden.

• Erstellen Sie minimale Laufzeiten mit jlink Erzeugen Sie maßgeschneiderte Java‑Laufzeiten, die genau auf die Bedürfnisse Ihrer Applikation zugeschnitten sind. Dies ist insbesondere für containerisierte Deployments oder Native Image‑Builds nützlich und hilft, den Gesamtlaufzeit‑Footprint zu reduzieren.

• Prüfen Sie Framework‑ und Bibliotheks­kompatibilität Stellen Sie sicher, dass Spring Boot und alle wesentlichen Abhängigkeiten Java 21 offiziell unterstützen oder aktiv gepflegt werden. (Spring Boot 3.3 enthält z. B. Java 21 Baseline‑Tests.)

• Automatisieren Sie Tests frühzeitig Führen Sie Integrations‑ und Regressions­tests unter Java 21 so früh wie möglich durch. Integrieren Sie sie in Ihre CI‑Pipeline, damit mögliche Probleme schnell während der Entwicklung auftauchen.

• Evaluieren Sie Performance mit aktivierten virtuellen Threads Falls Sie Spring Boot verwenden, aktivieren Sie virtuelle Threads durch spring.threads.virtual.enabled=true. Dies liefert wertvolle Einsichten in Performance‑Verbesserungen und zeigt etwaige Verhaltens­änderungen, die durch das neue Concurrency‑Modell entstanden sind.

Java 21 als strategisches Upgrade

Ein Java‑Upgrade ist mehr als ein technisches Unterfangen; es ist eine strategische Entscheidung, die beeinflusst, wie Ihre Systeme performen, skalieren und sich weiterentwickeln. Java 21 bietet moderne Sprach‑Features, sofort bessere Performance und die Sicherheit von langfristigem Support. Es passt nahtlos zu heutigen Cloud‑native Tools und Frameworks und legt gleichzeitig die Grundlage für kommende Entwicklungen – von Native Image bis hin zu Project Loom. Schliesslich ermöglicht Java 21 Teams, mit weniger mehr zu erreichen – Systeme zu bauen, die nicht nur schneller und effizienter sind, sondern auch nachhaltiger. Für Projekte mit Fokus auf Effizienz, Skalierbarkeit und langfristiges Wachstum ist ein Upgrade keineswegs ein Nice‑to‑Have, sondern essenziell.